配电电缆故障诊断方法

李明生，闭永秀

（广西电网有限责任公司北海供电局，广西 北海 536006）

随着配电网线路数量的增加，温度、湿度的改变，运行时间长，都会造成电缆绝缘的老化，甚至发生故障，影响电网运行的安全和稳定。因此，在配电电缆线路出现故障时，必须快速、准确、有效地发现电缆线路的故障，并进行有效处理，减少因电缆故障而造成的断电时间。由于城市电缆大多分布在地下，其维修和检查工作十分繁重，需要耗费大量的人力物力。本文介绍了1种能够对主绝缘故障进行检测、对电缆外套管故障进行预定位的故障诊断方法。

电缆外层往往被埋在潮湿的地底，长期使用后，电线外层的绝缘层会因为潮湿而产生“水树枝”现象，从而导致电缆发生故障。由于电缆中的故障种类繁多，必须对其进行分类，采取对应的维修措施。

在常规故障诊断模式中，主要依靠故障后的稳定工作频率来进行识别。在线缆的故障识别中有2大类：一是测距，二是定位。前者主要是通过测量工具量测电缆的故障位置至试验点之间的电缆长度，从而对故障范围进行初步估计，避免盲目地查找故障原因。后者则是通过检测仪器来判别故障的强度，从而逐步确定故障的位置。

常用的线缆故障诊断技术包括初始定位和准确定位。初始定位就是大致确定故障的位置，而准确定位则是通过粗略测量来确定故障的确切位置。粗略测量法主要有阻抗法、行波法、电桥法以及低压脉冲反射法等，能够准确地识别出电网的断路网和低电阻故障，但无法准确地识别出高电阻的故障[1]。

2.1 人为因素

（1）管理方面。配电网敷设在地面，对线路的具体维护工作不能忽视，要定期进行检查和维护，保证电缆的正常使用。如果在使用过程中，由于管理不善或疏忽，将会导致配网的电缆发生故障。

（2）材质因素。不同区域的电缆材质差异较大，需要综合考虑气候、温度等因素。在铺设电缆时，工人为了节省成本，材料有明显的质量问题，可能导致电缆故障。

2.2 环境影响

（1）电腐蚀。从整体上看，配电网本身的构造比较复杂，特别是在铺设电缆时，要穿过几个特别的地方。如在铁路沿线敷设电缆，会导致电蚀现象，这种故障多发生在长期的电力磁场中。严重的腐蚀，甚至有可能造成绝缘层的损坏，导致电力故障。

（2）化学腐蚀。类似于电腐蚀，是1种在电缆铺设的过程中，会产生大量的酸性、碱性废水和腐蚀性化学物质。由于长期使用，导致电缆表层出现严重的锈蚀，从而导致了电缆的工作失效。

（3）地表塌陷。在许多沿海地区，软土层面积比较大，在铺设完电缆后，需要进行长期的施工，在此情况下，极易产生软土的沉陷，从而引起缆索本身的受力变化，诱发其在使用中的失效。

（4）自然灾害。由于许多地区经常发生暴雨、酸雨、冻害等自然灾害，对配电网的安全造成了严重的影响，必须针对实际情况制定应对措施。

2.3 其他因素

（1）接地放电。由于某些因素的影响，会使电缆发生接地短路故障。

（2）震动断裂。通常情况下，电缆所处的地面会被大面积扩张，从而引起电缆的频繁震动，造成电缆外壳的损坏，从而导致线路的操作失效。

（3）超负荷运行。由于其他因素，电力供应紧张的情况会加重，从而使电缆一直处于超载状态，使线路出现老化问题。

（4）接地电阻对配电网的影响。通过对地电阻阻值的测定，可以为配电网的整体故障排除提供一定的依据。同时，由于接地电阻附近的土壤不可能完全保持均匀，导致电阻参数的测量出现一定的误差，从而影响到电缆的故障定位[2]。

电缆的故障诊断方法有电阻法、电桥法、脉冲法等。其中，故障诊断、粗测定点、精确定点是诊断的关键环节。采用上述方法进行电缆故障定位，不但耗时较长，需要采用多种诊断手段提高检测准确率，而且埋在地底的实际故障与诊断的位置存在着一定的误差，从而极大地影响了电缆故障的诊断准确率。因此，为了提高故障诊断的准确性，缩短停电时间，本文采用电缆故障诊断装置。其包括控制、交互、采集等模块，输出模块，高压产生模块以及开关模块等。各部件之间的联系是控制与交互模块、输出模块、高压模块、采集模块与输出模块相连，控制模块对输出模块进行控制，高压产生模块输出信号由开关器件输出。交互式功能主要是设定参数和指令，然后向控制模块发送指令，人机交互模块由按键、显示器等组成，操作人员可按指令输入全部长度的电缆参数，操作启动、停止、升压、降压等按键，并由显示器输出测试的电压、电流、电阻、故障距离等。

该系统主要功能是对开关设备的输出和反馈进行采集，然后将其传输给控制模块，通过计算和处理得到相应参数，再将其反馈给交互模块，将1个恒定的直流电流（Direct Current，DC）输入到由故障相和基准相构成的环路。开关设备是用来响应控制模块所发出的指令而输出 DC或高电压信号，并将其应用到线缆。因为输入的2个信号是直流低电压和高电压，为了防止彼此的干扰，在输入端采用开关方式[3]。

4.1 定期开展电力电缆试验

为了进一步提高配电网电力故障诊断水平，必须对电缆运行状况进行实时监测，以便对其进行及时的维修和管理。在试验过程中有2个主要的工作。

（1）测定绝缘电阻。从工作的观点出发，可以从绝缘电阻的大小，全面地分析电缆的工作状况。在具体的绝缘电阻测试方面，要重视对实验数据的变化规律的总结，并通过对具体的测量数据进行对比分析，以揭示其不足之处。

（2）直流电压测试及漏电测试。通过直流耐压测试，可以了解电缆的力学破坏程度、生产工艺中的缺陷等，而用数字方法测量电缆的绝缘状况和潮湿问题，避免发生更严重的问题。

由此不难看出，在电缆的正常使用中，经常进行检测和测试是非常有必要的。1年至少要进行1次测试，一旦问题未得到解决，便需加大测试的力度，直到达到标准，才能投入使用[4]。

4.2 腐蚀、损坏以及质量控制

从上述介绍中可以看出，配电网电缆在长期运行的情况下，很容易出现腐蚀、损坏等问题。为此，有关单位应加强对配电网电缆的管理和维修工作，以防止外部力量对配电网电缆造成破坏，同时减少周边交通工具的碰撞；
为了防止在使用中因外部力量而造成的损坏和腐蚀，需对某些安全线路进行合理的选择。

另外，在铺设电缆时，应加强对光缆的质量检查，保证其符合有关规定后，再进行下一步的施工。此外，各有关单位必须保证完整的线材检验体系，从根源上保证线材的质量。在电缆故障检修中，有可能会涉及更换线缆的问题，更换时还会使用某些新材料，这时有关人员要加强对材料和设备的检查；
对供应商进行资格审查，防止有问题的材料流入工地[5]。

4.3 配电电缆线路日常维护管理

（1）在配电电缆线路的维护与管理中，必须建立健全的管理制度。特别是对配电电缆线路的维护，如果管理体系有问题，可能导致整个线路检修工作不顺畅，从而错失救援最佳时间，影响到维护的效率。因此，在配电电缆线路维护中，有关部门必须加强维护管理体系，使之能够真正达到规范要求。

（2）提高配电网稳定运行有效的方法是要使整个维修工作有一个系统的规划，并使之与电力公司工作需求相适应，使各部门工作都能按特定的需求和计划进行，分工明确，保证了电缆的维护、管理工作的规范化，保证电缆线路维护工作的正常运行。如在更换老化电缆时，有关部门要提前做好各种准备工作，为后期的工作提供良好的环境[6]。

4.4 配电网电缆故障检测方法

通常采用电桥法、低压脉冲反射法等进行故障诊断。电桥法在电桥平衡中的运用主要有电阻电桥法和电容电桥法，其中电桥法是最常用的一种。采用这种方法，可以方便、快捷地进行故障诊断，但也有一定局限性，仅限于对高阻值、断路器等故障进行检测。

而低压脉冲反射法则是利用雷达的原理，将低电压的脉冲注入到光缆的末端，当信号的阻抗发生改变时，就会产生反射，此时便可以用相关仪器，计算出反射点距离[7]。

5.1 配电网结构和故障信息的获取

在中低压配电网的设计中，采用的是环形结构，其工作状态也是明显的开环。此外，由于主干线与环网柜之间存在许多分支，维护工作须与主干道分开进行。随着配电网自动化程度的提高，电力系统的监控已成为电力系统的重要组成部分，通过无线通信，可以实时地将线路的工作状况进行数据的上传，从而可以帮助用户及时地找到故障点，在具体的信号检测中，主要采用罗氏线圈法进行故障定位。

5.2 测点数据准备及编号

电缆故障行波信号会在全网得到有效传播，并经过几次回溯，最终抵达相应分支和测量点。由于电缆具有显著频率依赖特性，在特定的回波信号中，其衰减程度相对较大。随着故障点与测点间距增加，其行波信号也会被拉长。故而在序列与测点编号方面，要做好全网测点的标号工作，在通过计算公式进行计算后，对编号码进行分类和调整[8]。

5.3 故障分支与定位区段

从测试点的具体数据来看，可以获得测量点以外的数据，并对终端序列进行有效的编码，从而为下一步的工作提供了方便。若测距结果仅有1处位于分支点，则一次可选取3个地点，此时3点的线长分别由L10、L20、L30表示；
最后测量出3个末端长度的Xlf、X2f、X3f。若与分支点近似，则可得到预设的正阀值，且各节段之间有分支点，从而可判定各分支点的位置。若3种测距结果都出现在分支点，则能有效地提取出有关的测量数据，从而精确地确定故障部位。在此过程中，所得的计算值与前者相似，确定故障的位置。若3个测点同时指向同一支路，则可通过特定测点的温度变化来判定接合部位是否有故障；
测量工作可以在替代测点后继续进行[9]。

5.4 故障测距

从总体上讲，因线路长度的差异，很容易产生误差，并且整个波形失真因子也较大，由于故障点的改变，整个双端测距原理的精度就会降低。当两个测量端点之间的距离越接近，得到的结果就越准确。在获得了故障点数据后，可以选择离故障点最近的3个点，并在确定波速度后进行了测量。另外，在测量点的选取上，应尽量把2个点靠近中心，以便为进行故障定位提供有利的条件[10]。

随着电缆线数量的逐渐增加，电缆故障也是1个不容忽视的问题。为进一步减少电缆故障发生的时间，增加企业的经济效益，文章就电缆故障诊断的问题进行了探讨，论述了故障诊断设备和部件的连接和功能，提出了1种故障诊断方法，即通过求出电缆在故障处导线电阻与比值，求出导线起始端到失效点的距离，实现对电缆的故障诊断和定位，编制特定的故障诊断程序，并根据相关的程序进行故障诊断。该故障诊断方法具有接线方便、操作简单、故障定位准确等优点。

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